三维斑点追踪技术对青年男性力量型运动员左心房收缩功能的研究

刘梦梦 滑少华 孙梦娇 李莉锦 李真 李鹏歌 刘松岩

1 郑州大学第一附属医院超声科（河南郑州450000）

2 通用电气医疗集团超声临床教育部（河南郑州450000）

长期高强度运动训练会导致运动员心脏结构、功能及电生理发生改变，通常被称为“运动员心脏”[1]。随着运动员心源性猝死事件时有发生，明确长期运动训练对运动员心脏结构和功能的影响尤为重要。目前关于运动员心脏的研究多集中于左心室，对左心房结构和功能变化的研究相对较少，有研究表明左心房大小是心血管事件发生的主要预测因子[2]，因此早期发现运动员左心房结构和功能改变具有重要的临床价值。本研究利用三维斑点追踪技术（three-dimensional speckle tracking technology，3D-STE）获得左心房应变及容积参数，对青年男性力量型运动员左心房结构和功能进行全面分析，旨在早期发现运动员左心房收缩功能的亚临床改变，有效预防运动员猝死。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择专业青年男性摔跤运动员30 名作为运动员组，入选标准：年龄18～25 岁，运动年限≥5 年，运动时间≥30 h/周，且从未停止长期高强度力量训练。随机选取同期体检健康青年男性30例作为对照组，入选标准：年龄18～25 岁，从未参加长期高强度运动训练。两组参与者均排除高血压、心脏病及其他全身疾病，且心律齐，图像清晰。本研究经郑州大学第一附属医院伦理委员会审核批准［审批号：20170204］，受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器

使用GEVividE95 型超声诊断仪，配备M5S 探头（频率2.0～4.0 MHz）及4V探头（频率1.5～4.0 MHz），配有EchoPAC工作站进行图像后处理。

1.2.2 一般资料与二维参数的测量

受试者休息10 分钟后使用电子血压计测量收缩压（systolic blood pressure，SBP）及舒张压（diastolic blood pressure，DBP），空腹状态下测量身高及体重并计算体质指数（body mass index，BMI）及体表面积（body surface area，BSA），BMI=体重（kg）/身高（m）2，BSA=0.0061×身高（cm）+0.0128×体重（kg）－0.1529。嘱受检者左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图并记录受检者心率（heart rate，HR），使用M5S探头于胸骨旁左室长轴切面测量左房前后径（left atrial diameter，LAD），使用M 型超声心动图测量左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）。

1.2.3 三维图像的采集与数据分析

切换至4V 探头，获得清晰的心尖四腔心切面后，启动“4D”成像键，嘱受检者屏住呼吸，采集连续3个心动周期动态左房全容积图像（帧频＞60帧/s）并储存，图像要求左心房显示完整。将图像导入EchoPAC工作站进行脱机分析，启动4D AutoLAQ 程序，使标记点位于二尖瓣环水平的中心位置，系统自动计算出左心房储蓄期长轴应变（left atrial savings phase long-axis strain，LASr）及圆周应变（left atrial savings phase circumferential strain，LASr_c）、左心房导管期长轴应变（left atrial conduit phase long-axis strain，LAScd）及圆周应变（left atrial conduit phase circumferential strain，LAScd_c）、左心房辅泵期长轴应变（left atrial co-pumping phase long-axis strain，LASct）及圆周应变（left atrial co- pumping phase circumferential strain，LASct_c）以及左心房最大容积（left atrial maximum volume，LAVmax）、左心房最小容积（left atrial minimum volume，LAVmin）、左心房收缩前容积（left atrial presystolic volume，LAVpre-A）、左心房容积指数（left atrial volume index，LAVI）、左心房排空率（left atrial emptying rate，LAEV）、左心房射血分数（left atrial ejection fraction，LAEF），并计算左心房主动射血分数（left atrial active ejection fraction，LAaEF）及被动射血分数（left atrial passive ejection fraction，LApEF），计算公式：LAaEF=（LAVpre-ALAVmin）／LAVpre-A×100%，LApEF=（LAVmax-LAVpre-A）/LAVmax×100%。见图1、2。

图1 3D-STE分析对照组左心房容积及应变参数图

以上所有参数均由同一位高年资医生进行测量，连续测量3次取平均值。

1.3 统计学分析

采用SPSS24.0统计软件分析数据。符合正态分布且方差齐的计量资料以±s表示，两组间比较采用t检验;非正态分布的计量资料以M（QR）表示，两组间比较采用Mann-WhitneyU检验。利用ROC 曲线评估应变对运动员左心房收缩功能的诊断价值，计算曲线下面积（area under curve，AUC）并确定最佳诊断界值。观察者间和观察者内的重复性检验采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）表示，ICC＞0.75 表示可重复性较好。P＜0.05 为差异有统计学意义。

图2 3D-STE分析运动员组左心房容积及应变参数图

2 结果

2.1 一般资料及常规超声心动图参数比较

与对照组相比，运动员组BSA、BMI增加，LAD明显增大，HR 减慢，差异均有统计学意义（P＜0.05），年龄、DBP、SBP及LVEF差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 运动员组与对照组一般资料及常规超声参数比较

2.2 3D-STE应变及容积参数比较

与对照组相比，运动员组LASr、LASr_c、LAScd、LAScd_c、LASct、LASct_c、LAEF、LAaEF 减低，LAVmax、LAVmin、LAVpre-A、LAVI、LAEV 升高，差异有统计学意义（均P＜0.05），运动员组LApEF减低，但差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2、表3。

表2 运动员组与对照组3D-STE容积参数比较

表3 运动员组与对照组3D-STE应变参数比较

2.3 3D-STE应变参数ROC曲线分析

绘制受试者工作特征ROC 曲线，判断应变对评估运动员左心房收缩功能的诊断价值，LASr、LAScd、LASct、LASr_c、LAScd_c、LASct_c 曲线下面积（AUC）分别为0.781、0.840、0.889、0.691、0.755、0.793，敏感性分别为0.6、0.967、0.633、0.967、0.833、0.7，特异性分别为0.967、0.8、0.567、0.4、0.733、0.767，最佳分界值分别为26.29%、－13.83%、－9%、26.83%、－13.17%、－9.83%。见表4、图3。

表4 不同应变参数对运动员左心房收缩功能的诊断价值

图3 应变参数评估运动员左心房收缩功能的ROC曲线图

2.4 重复性检验

左房应变各项指标均具有良好的重复性，LASr、LAScd、LASct、LASr_c、LAScd_c、LASct_c的组间相关性分别0.951、0.845、0.929、0.939、0.821、0.946，组内相关性分别为0.869、0.801、0.916、0.923、0.824、0.896，均符合ICC＞0.75。

3 讨论

力量训练属于静态运动，肌肉纤维在运动过程中保持初始长度，但在后负荷增加时肌肉收缩形成张力，长期等长运动可导致心壁增厚及心腔扩大，包括左右心室及左心房[3]。左心房具有储蓄、导管和辅泵功能，主要调节左心室充盈，在维持正常心输出量，预测左心室功能方面起到重要作用[4]。本研究利用3D-STE从三维空间追踪心肌斑点运动，具有较高的时间及空间分辨率，克服了组织多普勒技术的角度依赖性及二维斑点追踪技术“跨平面失追踪”现象的局限性，其测得的左房容积和应变参数可更准确地评估运动员左房功能及心肌运动和变形能力，早期发现左房收缩功能亚临床改变，具有较高的临床应用价值[5]。已有研究证明，3D-STE在糖尿病、高血压及房颤患者左心房收缩功能的研究中发挥着重要作用[6]。

本研究发现，运动员组LAD、LAVmax、LAVmin、LAVpre-A、LAVI 增加，心率减慢，与Nemes 等[7]的研究结果一致，符合运动员心脏心腔大、心率慢的特点。其原因可能是：力量型运动员主要依赖无氧代谢供能，运动过程中，交感-肾上腺髓质系统被激活，循环血量及心脏压力负荷增加[8]，左心房代偿性增大以满足左室充盈；运动后，血液中儿茶酚胺、睾酮及生长激素的含量增加，细胞内核酸及蛋白质合成加速，刺激心肌细胞增殖，心肌组织中具有睾酮的受体位点，可直接影响心脏大小[9]。动物实验表明，儿茶酚胺的代谢变化亦可影响心脏大小，造成大鼠心脏扩大。长期训练可导致迷走神经张力增加，心率减慢有利于心力储备，可满足高强度训练需求[10]。D’Andrea等[11]的研究发现，运动员左室充盈压升高，左房应变是反映左室充盈压的一个很好的指标[12]，包括储蓄期应变、导管期应变及辅泵期应变。LAEF、LApEF 及LAaEF 分别代表左心房的储蓄、导管及辅泵功能。本研究运动员组LVEF 与对照组相似，左房应变、LAEF、LAaEF 及LApEF 均降低，这说明运动员左室收缩功能正常，左房储蓄、导管及辅泵功能均已受损，该结果与Lakatos 等[1]及Nemes 等[7]的研究结果一致，分析原因：（1）随着左室后负荷的增加，左室充盈压逐渐升高，房室压力梯度减小，导致其抽吸左房血液的能力降低，肺静脉通过左房流入左室的血液量减少，左房残余血量增加，最终导致左房储蓄功能及导管功能下降[13]；（2）长期高强度训练，肾素-血管紧张素系统激活使血管紧张素Ⅱ活性增强，以及其他下游介质如转化生长因子β分泌增加，促进心肌细胞增生和心肌间质成纤维细胞增殖，导致进行性心肌纤维化[14]，左心房顺应性降低。左心房早期通过Frank-straling机制使主动排空能力代偿性增加以维持正常心输出量，但随着心肌纤维化的加重，可导致左房辅泵功能失代偿[15]。

本研究利用ROC曲线分别以LASr、LAScd、LASct、LASr_c、LAScd_c、LASct_c为诊断指标来评估运动员左心房的收缩功能。各指标最佳分界值分别为26.29%、－13.83%、－9%、26.83%、－13.17%、－9.83%，AUC 分别为0.781、0.840、0.889、0.691、0.755、0.793，敏感度分别为0.6、0.967、0.633、0.967、0.833、0.7，特异度分别为0.967、0.8、0.567、0.4、0.733、0.767。其中，左房纵向应变中LASct 的曲线下面积最大，说明左房辅泵期应变的诊断准确度最高，该结果与Cuspidi等[16]的研究一致。

本研究的创新性主要表现在将3D-STE 技术应用于运动员左心房的研究，及早发现运动员心脏是否存在亚临床改变，为早期预防运动性猝死提供重要的参考依据。本研究样本量较少，结果可能存在一定的局限性，需扩大样本量进一步研究。

综上，本研究结果表明，长期高强度运动训练会导致运动员左心房收缩功能下降，而3D-STE通过实时追踪左心房内膜组织，能够发现运动员左心房收缩功能的亚临床变化，为临床评估运动员心脏功能提供重要依据。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。